Изучается и анализируется формулировка конечной цели задания, которая подвергается критической проработке.
Раздел 3. Подбор материалов
Осуществляется обзор известных образцов, аналогичных и близких по назначению. Идет поиск прототипов.
Раздел 4. Выявление вариантов
Устанавливаются особенности вариантов (принципы действия, размещения функциональных блоков и т. п.). Осуществляется конструктивная проработка вариантов, дающая возможность их оценки.
Раздел 5. Проверка вариантов
Изделие проверяется на патентную чистоту и конкурентоспособность, на соответствие требованиям техники безопасности и производственной санитарии.
Раздел 6. Оценка вариантов
Проводится сопоставительный анализ вариантов, выявляются их преимущества и недостатки по показателям качества, технологичности, экономичности, стандартизации и др.
Раздел 7. Выбор оптимального варианта
Производится обоснование выбора. Устанавливаются технико-экономические показатели изделия.
Раздел 8. Рассмотрение и утверждение технических предложений
Технические предложения рассматриваются в установленном порядке. Иногда подвергаются экспертизе. После утверждения материалы передаются для дальнейшего проектирования.
Номенклатура конструкторских документов устанавливается ГОСТ 2.102-68 и комплектуется в приведенном ниже составе:
ВО – чертеж общего вида;
ГЧ – габаритный чертеж;
Схемы по ГОСТ 2.701-84;
ПТ – ведомость технического предложения (ГОСТ 2.106-68);
ПЗ – пояснительная записка;
ТБ – таблицы;
РР – расчеты;
Д… - документы прочие;
ПФ – патентный формуляр (ГОСТ 15.012-84);
КУ – карты технического уровня и качества продукции (ГОСТ 2.116-84).
1.4. Разработка эскизного проекта (2)
Эскизный проект разрабатывается на основании технического задания и протокола рассмотрения технических предложений. Эскизный проект является наиболее благоприятной сферой для реализации возможностей САПР. Проектные расчетные методики строятся на основе выверенных алгоритмов, поэтому написание прикладных программ обычно не вызывает трудностей. Осложнения возникает, когда появляется необходимость обеспечения качественной оценки результатов на промежуточных этапах. Задача решается путем визуализации результатов средствами САПР и привлечением экспертов, либо путем применения специальных эвристических методов.
Использование средств машинной графики в компоновочных работах позволяет проследить в динамике результаты многофакторного машинного эксперимента и выбрать из множества компоновок изделия несколько перспективных альтернатив.
Рассмотрим основные работы, проводимые на стадии эскизного проектирования.
Раздел 1. Поиск вариантов конструктивных решений
В эскизном исполнении осуществляется проработка кинематических схем, вычерчиваются траектории подвижных элементов, определяются контуры корпусных деталей, вычерчиваются компоновки вариантов разрабатываемого изделия. Осуществляется разработка в эскизном исполнении электрических, пневматических, гидравлических схем узлов, являющихся компонентами изделия. Определяется общий вид изделия и состав сборочных единиц.
Раздел 2. Оценка изделия
Оцениваются возможные альтернативные решения по конструктивным и технологическим характеристикам, по показателям стандартизации и унификации. Проводится сравнительная оценка по показателям качества, например, по векторному функционалу качества. (1)
Раздел 3. Проверка вариантов изделия
Варианты проверяются на патентную чистоту и конкурентоспособность. Оформляются заявки на изобретения. Проверяется соответствие вариантов требованиям техники безопасности и производственной санитарии.
Раздел 4. Выбор оптимального варианта
Проводится обоснование выбора. Принимаются принципиальные решения. Подтверждаются предъявляемые к изделию требования. (Формулы 3.3, 3.4, 3.5). (1)
Раздел 5. Решения по изготовлению изделия
Принимается решение о необходимости натурного макетирования отдельных узлов. Определяется объем документации, необходимой для изготовления макетов. Выявляются новые изделия и материалы, которые могут быть разработаны с помощью других предприятий.
Раздел 6. Согласование проекта
Проект согласовывается и утверждается в установленном порядке. Иногда подвергается экспертизе. Составляется перечень работ, которые следует провести на последующих стадиях разработки.
Перечислим документы, которые должны содержать эскизный проект.
ВО – чертеж общего вида;
ТЧ – теоретический чертеж;
ГЧ – габаритный чертеж;
Схемы по ГОСТ 2.701-84;
ВП – ведомость покупных изделий;
ВЧ – ведомость согласования применения покупных изделий (ГОСТ 2.106-68);
ЭП – ведомость эскизного проекта;
ПЗ – пояснительная записка (ГОСТ 2.106-68 и ГОСТ 2.119-73);
ПМ – программа и методика испытаний;
ТБ – таблицы;
РР – расчеты;
Д… - документы прочие;
ПФ – патентный формуляр (ГОСТ 15.012-84);
КУ – карты технического уровня и качества продукции (ГОСТ 2.116-84).
Эскизный проект – это совокупность конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве работы изделия. В эскизном проекте подтверждаются или уточняются требования к изделию, установленные техническим заданием и техническими предложениями.
1.5. Техническое проектирование (2)
Технический проект предшествует этапу разработки рабочей документации, поэтому он должен содержать технические решения и данные, достаточные для полного представления об устройстве и принципе работы изделия.
Рассмотрим работы, проводимые при разработке технического проекта.
Раздел 1. Разработка окончательных технических решений
Проводится окончательная разработка конструктивных решений изделия и его основных составных частей. Выполняются расчеты размерных цепей и другие технико-экономические расчеты. Разрабатываются циклограммы работ машины и отдельных механизмов. Уточняются кинематические, электрические, пневматические и другие схемы. Проводятся мероприятия по обеспечению заданного уровня стандартизации и унификации изделия.
Раздел 2. Анализ конструкции и оценка изделия
Проводится анализ и доработка изделия на технологичность. Оцениваются эксплуатационные данные изделия, его технический уровень и качество. Рассматриваются вопросы взаимозаменяемости, удобства обслуживания, контроля качества изделия.
Раздел 3. Обеспечение работоспособности и изготовления изделия
Осуществляется разработка, изготовление и испытание макетов. Окончательно оформляются заявки на разработку и изготовление новых изделий и материалов, применяемых в разрабатываемом изделии. Согласовывается номенклатура покупных изделий. Разрабатываются чертежи сборочных единиц и деталей, если это необходимо, специальных приспособлений и оборудования, нужных для изготовления изделия.
Раздел 4. Согласование проекта
Рассматриваются, согласовываются и утверждаются документы технического проекта. Согласовываются габаритные, установочные и присоединительные размеры с заказчиком или основным потребителем. Составляется перечень работ, которые необходимо провести на стадии разработки рабочей документации.
Перечень документов (и шифры) технического проекта аналогичны документации эскизного проекта. Отличием являются:
ТП – ведомость технического проекта;
ТУ – технические условия на изделия, предназначенные для самостоятельной поставки.
Технический проект обязательно подвергается экспертизе.
1.6. Разработка рабочей документации (2)
Все предшествующие проектные стадии, на которых разрабатывается проектная документация, служат подготовкой для разработки рабочей конструкторской документации, по которой изготавливается изделие. На этой стадии устраняются все замечания, выявленные при обсуждении и принятии технической документации предыдущих стадий проектирования. Недоработки конструкторской документации не допускаются, и наличие их является дефектом разработки.
Разработка конструкторской документации непосредственно связана технической подготовкой производства, при этом решаются следующие вопросы: определение точности разработки; определение шероховатости поверхностей; выбор баз; простановка размеров; проведение проверочных расчетов на прочность, долговечность и т. п., расчет окончательной себестоимости и экономического эффекта.
Стадия разработки рабочей конструкторской документации наиболее продолжительна и требует наибольших затрат времени и средств, поэтому важное значение здесь имеет рациональная организация разработок и увязка всех решаемых вопросов разными исполнителями.
Применяемые в разработке конструкторской документации множество способов и приемов рационального создания конструкции можно объединить по следующим основным принципам: наибольшей эксплуатационной производительности; наименьшей стоимости производства и эксплуатации; наименьшей материалоемкости и энергоемкости; наибольшей надежности; оптимальной унификации и стандартизации.
Принципы конструирования взаимосвязаны и применяются в совокупности, хотя в зависимости от преследуемых целей, акцент может быть сделан на один из них.
Рабочий проект согласовывается и утверждается в установленном порядке.
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Работа должна содержать перечисленные ниже разделы.
1. Выберите изделие (или технологический процесс) из области, в которой вы специализируетесь.
2. Сформулируйте концепцию предстоящей проектной деятельности (стратегию НИОКР). (1)
3. Сформулируйте цель новой разработки.
4. Раскройте содержание основных разделов технического задания на выбранную разработку. Постройте дерево целей.
5. Разработайте техническое предложение, реализующее сформулированные цели, укажите возможные альтернативные решения. Постройте иерархический граф, отражающий структуру разрабатываемого изделия (процесса) для каждого альтернативного варианта.
6. Раскройте содержание работ, проводимых на стадиях эскизного, технического и рабочего проектирования применительно к выбранному изделию (процессу).
7. Выберите одну из проектных стадий, выделите в ней проектные процедуры и операции.
8. Выберите одну из проектных процедур и на ее основе разработайте блок-схему алгоритма процедуры автоматизированного проектирования.
9. Раскройте возможную роль САПР на тех стадиях проектирования, на которых с вашей точки зрения это целесообразно, сделайте обоснование.
10. Изложите, как вам представляется развитие САПР данного изделия (процесса) в перспективе.
11. Работа должна быть оформлена на листах формата А4 с соблюдением необходимых требований к оформлению.
Примечание.
Изделие или технологический процесс, выбираемые для курсовой работы, согласовывается с преподавателем.
ПРИЛОЖЕНИЕ
(Возможный подход к выполнению работы)
Тема: Разработка транспортного средства для бытового использования (с применением САПР)
Основные стадии проектирования
Техническое задание
1. Наименование и область применения
Малогабаритное транспортное средство (далее вездеход) для передвижения в условиях пересеченной местности. Вездеход обеспечивает высокую проходимость, транспортные перевозки, комфортные условия работы пользователя, обеспечивает работы с хозяйственными агрегатами.
2. Основание для разработки
Решение технического совета на основе данных службы маркетинга, говорящих о необходимости разработки изделия.
3. Цель и назначение разработки
Создание транспортного средства для беспрепятственного оперативного перемещения в труднопроходимой местности, обеспечение механизации некоторых видов работ.
Общая цель распадается на подцели, которые отражены в дереве целей.
Рис.1. Дерево целей
4. Источниками разработки являются:
- бюллетени изобретений;
- спец. литература;
- журналы: "Наука и жизнь", "Автомобили и тракторы", "Автомобильный транспорт", "Юный техник", "Двигателестроение", "Сельский механизатор".
5. Технические требования:
а. Высокая проходимость.
Возможность преодолевать препятствия:
ров – 0,5м;
стенка – 0,3м.
б. Обеспечение транспортных работ.
Грузоподъемность:
без прицепа – до 100кг;
с прицепом – до 200кг.
Не допускается выступание груза за пределами контура вездехода более чем на 0,7м.
в. Возможность использования хоз. агрегатов.
Оснащение вездехода валом отбора мощности и возможность агрегатирования.
г. Вес машины не более 150кг.
Установка приборов, контролирующих работу систем охлаждения, смазки двигателя. Центральное расположение органов управления.
Удобство обслуживания и контроля узлов и механизмов.
д. При средней загрузке вездеход должен эксплуатироваться круглогодично не менее 3 лет.
е. Обеспечение достаточного уровня комфорта за счет снижения вибрации путем подвески двигателя и подрессорирования сиденья.
ж. Мощность двигателя – 20-25 кВт.
6. Экономические показатели
Лимитная цена – 4-6 тысяч рублей.
Годовая потребность – 80 тысяч штук.
7. Стадии и этапы разработки:
Предпроектная деятельность 2 месяца.
Разработка тех. задания 2 месяца.
Разработка тех. предложения 3 месяца.
Эскизное проектирование 6 месяцев.
Техническое проектирование 6 месяцев.
Рабочий проект 6 месяцев.
Испытание и доводка 8 месяцев.
Экспертиза на стадиях:
- тех. предложения;
- эскизного проектирования (внутризаводского);
- технического проектирования (с привлечением сторонних экспертов).
Порядок контроля и приемки.
Испытание провести на испытательной станции НИИ.
Согласовать с заводами-поставщиками двигателей, комплектующими изделие, сроки и объемы поставок.
Приложение к техническому заданию:
- схемы;
- чертежи;
- результаты испытаний опытных образцов;
- документация.
3.2. Техническое предложение
а. Уточнение ТЗ.
Техническое задание не вызывает вопросов, конечные цели ясны и не требуют проработки;
Циркулярная пила
Насос
Прицеп-платформа
Компрессор
Привод механизмов
Перевозка грузов
Вездеход
Вариант 1
Транспортировка грузов
Вездеход
Вариант 2
Прицеп-платформа
Грузовой отсек вездехода
Вариант 3
Рис.2 . Альтернативные решения
б. В качестве прототипов выбирается
- вездеход "Ухта";
в. Выявление вариантов.
Выбираем защитную стратегию НИОКР. Формулируем три возможных варианта, которые можно будет последовательно выводить на рынок: вариант первый, затем второй и наконец самый совершенный – третий.
г. Оценка вариантов.
Вездеход представлен в трех вариантах (рис.2):
- 1 вариант предназначен для эксплуатации в сельской местности в личном приусадебном хозяйстве;
- 2 вариант – для использования в геологической разведке на небольшие расстояния;
- 3 вариант – универсальный, ориентированный, в основном, на отдельные охотничьи хозяйства, артели.
д. Рассмотрение на техническом совете:
- проверка на соответствие техническому заданию на выявление пунктов, которые могут вызывать сомнение;
- тех. задание соответствует требованиям стандартов.
е. Принимаем решение, вывести на эскизную проработку первый и второй варианты.
3.3. Эскизный проект
Выполняется на основании тех. задания и тех. предложения.
Проводится прикидочная компоновка, машинная компоновка, многофакторный эксперимент.
Поиск вариантов конструктивных решений.
Вычерчивание компоновки.
Поперечный и продольный разрезы с навесными агрегатами.
Чертежи агрегатов.
Делается тягово-динамический расчет.
Разрабатывается конструкция рамы.
Габаритный расчет.
Осуществляется проверка вариантов на патентную чистоту.
Из нескольких вариантов выбирается оптимальный.
Проводится экспертиза.
Принимается решение о натурном макетировании узлов и агрегатов.
Согласование проекта.
На стадии эскизного проектирования происходит постоянная сверка результатов с тех. заданием.
3.4. Технический проект
На этой стадии проводится разработка окончательных технических решений по конструкции вездехода. Завершаются все расчеты.
Анализируется конструкция рамы. Осуществляется ее натурное макетирование и проводятся испытания как всего макета, так и отдельных, наиболее ответственных узлов.
Составляется перечень рабочей документации.
3.5. Разработка рабочей документации
Разрабатывается конструкторская документация:
- рабочий чертеж рамы;
- рабочие чертежи передней и задней подвесок;
- рабочие чертежи деталей рулевого управления;
- рабочие чертежи всех вспомогательных агрегатов.
В качестве основных принципов конструирования выбираем сочетание двух принципов:
- наименьшей стоимости производства и эксплуатации;
- наибольшей надежности. (2)
Принимаем решение об изготовлении трех опытных образцов.
4. Разбиение проектной стадии на проектные процедуры
Для анализа выбирается стадия "эскизное проектирование". Эту стадию можно разбить на следующие проектные процедуры:
- проектные расчеты узлов и агрегатов;
- компоновка изделия (продольный и поперечный разрез).
Для разработки блок-схемы процедуры автоматизированного проектирования (рис.3) выбираем проектную процедуру "компоновка изделия", которую можно расчленить на следующие проектные операции:
- компоновка передней подвески;
- компоновка задней подвески;
- компоновка рулевого управления;
- компоновка ходовой части;
- компоновка подвески двигателя;
- построение продольного разреза;
- построение поперечного разреза.
Любую из перечисленных проектных операций можно реализовать с использованием технических средств САПР, ориентированных на режим графического диалога, а также с помощью подходящей системы программного обеспечения машинной графики.
Рис. 3 Блок-схема процедуры компоновки изделий в САПР
6. Рассмотрим проектную операцию построения продольного и поперечного разрезов изделия. Здесь необходим подготовительный этап, на котором будут закодированы (например, с помощью "сколки") поперечные и продольные контуры всех узлов и агрегатов Разбиение проектной стадии на проектные процедуры
Для анализа выбирается стадия "эскизное проектирование". Эту стадию можно разбить на следующие проектные процедуры:
- проектные расчеты узлов и агрегатов;
- компоновка изделия (продольный и поперечный разрез).
Для разработки блок-схемы процедуры автоматизированного проектирования (рис.3) выбираем проектную процедуру "компоновка изделия", которую можно расчленить на следующие проектные операции:
- компоновка передней подвески;
- компоновка задней подвески;
- компоновка рулевого управления;
- компоновка ходовой части;
- компоновка подвески двигателя;
- построение продольного разреза;
- построение поперечного разреза.
Любую из перечисленных проектных операций можно реализовать с использованием технических средств САПР, ориентированных на режим графического диалога, а также с помощью подходящей системы программного обеспечения машинной графики.
Рис. 3 Блок-схема процедуры компоновки изделий в САПР
Рассмотрим проектную операцию построения продольного и поперечного разрезов изделия. Здесь необходим подготовительный этап, на котором будут закодированы (например, с помощью изделия. Эти контуры должны быть пронумерованы и занесены в графическую базу данных системы. Система управления базой данных (СУБД) должна обеспечить генерацию изображений этих контуров в любом указанном месте, в любом положении (имеется в виду угол поворота) и в любом масштабе на рабочем поле графического дисплея или графопостроителя.
Конструктор, пользуясь "световым пером" или визиром типа "мышь", в режиме диалога может осуществить многовариантный выбор всевозможных расположений узлов и агрегатов изделия. Можно создать алгоритмическую систему, которая будет постоянно контролировать генерируемые варианты на соблюдение условий технического задания.
Роль САПР при выполнении рассматриваемой разработки представляется наиболее эффективной на стадии проектных расчетов и компоновки изделия.
Однако впоследствии, когда изделие пойдет в серию и появится необходимость его модифицировать, может оказаться целесообразным построение САПР деталирование стадии узлов и деталей. Внешний вид изделия показан на рис.4.
Литература
1. Козлов Л. А. Основы методологии разработки изделий в САПР: Учеб. пособие / Алт. политехн. ин-т им. И. И. Ползунова. – Барнаул: Б. и., 1991 – 98с.
2. Таленс Я. Ф. Работа конструктора. – Л.: Машиностроение, 1987 – 260с.
3. Быков В. П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении – Л.: Машиностроение, 1989 – 250с.
